秋、日売テレビで爆発事件が発生。施設内では、日本の百人一首の頂点を決める「皐月杯」の収録が行われていた。事件は大騒動を引き起こし、建物が焼け落ちる中、中に残されていたのは平次と和葉だけだった。駆けつけたコナンにより、間一髪で救出される。爆弾犯の正体と目的は不明のまま。 爆発による混乱の中、コナンは「平次の許婚」を名乗る謎の美少女と出会う。その名は大岡紅葉。彼女は京都高校かるたチャンピオンである。運命のいたずらか、和葉は百人一首で紅葉と対決することになり、平次の母で名かるたプレイヤーの静華の指導のもと、特訓を開始する。 一方、京都・嵐山の日本家屋では、皐月杯の現チャンピオンが殺害される。現場の写真から、紅葉の姿が確認された。さらに被害者の周囲には、複数のかるたの札が散らばっていた。 コナンと平次は、大阪府警と京都府警とともに、皐月杯と連続殺人事件の調査を開始する。調査が進むうちに、彼らは百人一首にまつわる秘密に行き当たる。